SYTRONIX GREEN POWER SYSTEM by REXROTH. Un case study di collaborazione virtuosa

Importanza dell'efficienza generale di conversione energetica della propulsione elettrica

Il meccanismo di propulsione elettrica è uno dei componenti vitali di un sistema motore-pompa composto da un circuito di azionamento elettrico, da un sistema di accumulo di energia e da un corpo di trasmissione. Soprattutto, quando un tale sistema richieda alta densità energetica per una risposta dinamica rapida, la sua progettazione dovrebbe essere compatibile per soddisfare una serie di requisiti quali un’accelerazione ottimale, una elevata coppia, una velocità efficiente e regolabile e, non in ultimo, un’efficienza energetica.

Nell’efficienza generale di conversione energetica della propulsione elettrica, i sistemi attualmente disponibili variano in base a diversi parametri: perdite di potenza della macchina, distorsioni armoniche, pulsazioni di coppia, del momento torcente, ecc.

Sono numerosi i progetti di ricerca che continuano a migliorare l’efficienza energetica dei sistemi idraulici e non solo, con diverse soluzioni già disponibili sul mercato.

Con l’avanzamento della tecnologia, si registrano numerosi approcci che possono migliorare l’efficienza energetica dei sistemi idraulici, come i metodi di recupero dell’energia ibrida elettro-idraulica, meccanismi di sensibilità al carico, sistemi idraulici ibridi multiattuatore a cilindrata controllata (DC), valvole dosatrici indipendenti, alimentazione multistadio bionica, attuatori controllato da pompa, trasformatori idraulici che includano un motore idraulico a palette e una pompa del tipo a piastra oscillante.

In tale scia di innovazione, la collaborazione di Tecno Fluid Service SRL con Bosch Rexroth continua a dare grandi risultati. Il Sytronix Rexroth Green Power è il frutto di tale collaborazione e il caso di studio qua trattato ne rappresenta la sintesi. Infatti, in collaborazione con una importante impresa operante nel settore automotive (che qui chiameremo Company A), si è potuto accelerare lo sviluppo di una tecnologia innovativa in grado di registrare un significativo risparmio energetico nei sistemi idraulici motore-pompa su impianti per stampaggio materie plastiche “presse ad iniezione”.

La partnership per il Sytronix Rexroth Green Power tra Rexroth, TFS e Company A ha consentito di unire e mettere in comune le conoscenza di tre diversi importanti campi di base: controllo, meccanica dei fluidi e tecnologia dei materiali.

Le competenze sui sistemi di controllo sono state necessarie per caratterizzare la dinamica di ciascun componente, per controllare le prestazioni dinamiche, la posizione, la pressione ed altri parametri di un determinato componente o circuito, laddove l’elettronica gioca un ruolo decisivo in questo campo.

La meccanica dei fluidi ha fornito gli strumenti per comprendere il comportamento dei fluidi, le forze dei fluidi statici e dinamici sui componenti, i fenomeni come il colpo d’ariete e la cavitazione.

La scelta di materiali con adeguata elasticità, durezza, proprietà di attrito ecc. è stato un fattore decisivo nella progettazione di componenti di potenza.

Lo stato di minor utilizzo o "quiete" di Sytronix durante le operazioni del ciclo-gramma a minor utilizzo di pressione/portata permette un minor consumo di FEM generando un risparmio maggiore.

I risultati della collaborazione hanno consentito di superare i limiti di un normale circuito basato sull’uso di un inverter, tra i quali:

• non prevede la sostituzione del gruppo motore/pompa
• la pompa utilizzata è a portata fissa
• non prevede nessuna retroazione perché non sono previsti sensori di feedback
• il circuito oleodinamico della macchina non assume una conformazione snella perché la variazione della pressione e portata continuerà a essere gestita dalla componentistica circuitale (valvole limitatrici e proporzionali)
• assenza del monitoraggio-governo degli stati di minor utilizzo o “quiete” durante le operazioni del ciclogramma, in quanto l’impianto opera a potenza costante per consentire le variazioni pressione/portata a cura delle valvole logiche

Viceversa, il Sytronix Rexroth Green Power si basa sull’implementazione di diverse soluzioni innovative, tra le quali:

• sostituzione del gruppo motore-pompa con tipologia brushless per il motore e portata variabile per la pompa
• la pompa passa da portata e cilindrata fissa a pompa con cilindrata fissa e portata variabile
• il software con l’azionamento e la sensoristica del sistema garantiscono un feedback costante e la modulazione del numero di giri motore e regolazione portata pompa per interagire in modalità real-time in funzione della potenza idraulica richiesta generata dal ciclo-gramma della pressa
• la parte oleodinamica della macchina assume una conformazione più snella in funzione del fatto che la variazione della pressione/portata sono gestite dal sistema Sytronix invece delle valvole limitatrici di pressione
• lo stato di minor utilizzo o “quiete” durante le operazioni del ciclo-gramma a minor utilizzo di pressione/portata permette un minor consumo di FEM generando un risparmio maggiore.

Il risultato ottenuto dalla sperimentazione nel partenariato del Sytronix Rexroth Green Power su una pressa di stampaggio ad iniezione dotata di un motore asincrono tradizionale da 55Kw si può così riassumere: il consumo energetico per un’ora-lavoro con un ciclo di 61 sec è passato dai 19,84 Kw/h a 6,06 Kw/h, registrando così un risparmio energetico pari al 69,56% (scarica da qui il rapporto).

Altri vantaggi ottenuti con il Sytronix Rexroth Green Power sull’impianto sono qui riportati:

• performace qualitative: da funzionamento ad anello aperto si è passato al funzionamento ad anello chiuso
• riduzione surriscaldamento olio: la conseguenza di far funzionare la pompa solo quando è richiesto un movimento ha consentito un minore riscaldamento dell’olio e di conseguenza un risparmio di energia relativamente alla centrale di raffreddamento dell’acqua
• movimentazione fluida: seppure per una frazione di secondo il tempo che il Sytronix passa a 0 giri minuto al numero di giri richiesto, ha addolcito i movimenti senza cedere margine al tempo ciclo, ottenendo considerevoli economie sui cicli di manutenzione
• minore rumorosità del funzionamento della pompa oleodinamica.